เมื่อออกสูตรเคมียางเรียบร้อยแล้ว
ขั้นตอนถัดมาคือการผสมยางกับสารเคมียางเข้าด้วยกันโดยใช้เครื่องผสมซึ่งอาจจะเป็นเครื่องผสมระบบปิดหรือระบบเปิดก็ได้
ยางที่ผ่านการผสมสารเคมีแล้วจะเรียกว่า “ยางคอมพาวด์ (rubber
compound)” การผสมยางนี้ก็เป็นอีกขั้นตอนหนึ่งที่มีความสำคัญอย่างมากต่อสมบัติและคุณภาพของผลิตภัณฑ์
เนื่องจากถ้าสารเคมีที่เติมลงไปในยางกระจายตัว (distribution) หรือแตกตัว (dispersion) ได้ไม่ดี
ก็จะส่งผลโดยตรงต่อความสม่ำเสมอของคุณภาพผลิตภัณฑ์
ดังนั้นการใช้กระบวนการผสมที่แตกต่างกัน เช่น การใช้เครื่องผสมคนละชนิดกัน
การใช้สภาวะการผสมที่แตกต่างกัน
หรือแม้แต่การจัดลำดับการเติมสารเคมีลงไปในเครื่องผสมที่แตกต่างกัน
ย่อมจะส่งผลทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีสมบัติที่แตกต่างกันด้วยแม้ว่าจะเป็นยางสูตรเดียวกันก็ตาม
ดังนั้นผู้ผลิตจำเป็นต้องมีการตรวจสอบคุณภาพของการผสมโดยนำยางคอมพาวด์ที่ได้จากการผสมแต่ละครั้ง
(batch) ไปทดสอบความหนืดมูนนี่ (Mooney viscosity) และสมบัติการคงรูปของยาง (cure characteristics)
เพื่อควบคุมคุณภาพให้คงที่
เนื่องจากเทคโนโลยีการผสมยางให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพคงที่ตามที่ต้องการนั้นมีปัจจัยที่ต้องพิจารณามากมายและต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจในกลไกการผสม
อันได้แก่ การเข้าไปในเนื้อยางของสารตัวเติม (incorporation หรือ wetting)
การกระจายตัวของสารตัวเติมในยาง (distribution)
และการแตกตัวของสารตัวเติม (dispersion) รวมไปถึงปัจจัยต่างๆ
เช่น อุณหภูมิ ปริมาณที่ผสม ตลอดจนลำดับการใส่สารเคมี ที่มีต่อการใช้เครื่องผสมยางต่างชนิดกัน
(เครื่องผสมระบบปิด เครื่องผสมระบบเปิด หรือเครื่องผสมแบบต่อเนื่อง)
ดังนั้นในที่นี้จะกล่าวถึงตัวอย่างเครื่องผสมยางแต่เพียงคร่าวๆ
เพื่อให้พอทราบถึงลักษณะการทำงานของเครื่องผสมยาง
เครื่องผสมยาง
เครื่องผสมยางแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่
1.
เครื่องผสมยางแบบไม่ต่อเนื่องหรือแบบแบตช์ (batch mixer) ซึ่งแบ่งได้เป็น 2 ระบบ ได้แก่
1.1
ระบบเปิด ได้แก่ เครื่องผสมยางแบบ 2 ลูกกลิ้ง (two-roll mill)
1.2
ระบบปิด แบ่งตามลักษณะของโรเตอร์ ออกเป็น 4 แบบ ได้แก่
1.2.1 เครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี่ (Banbury internal
mixer)
1.2.2
เครื่องผสมระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์ (Intermix internal mixer)
1.2.3
เครื่องผสมระบบปิดแบบที่ปรับระยะห่างระหว่างโรเตอร์ได้ (variable
intermeshing
clearance internal mixer)
1.2.4 เครื่องผสมระบบปิดอื่นๆ ได้แก่
เครื่องนวดยางหรือนีดเดอร์ (kneader)
2.
เครื่องผสมยางแบบต่อเนื่อง (continuous mixer) ได้แก่ เครื่องผสมแบบเกลียวหนอนเดี่ยว (single screw) เครื่องผสมแบบเกลียวหนอนคู่ (twin screw)
เครื่องผสมยางแบบ 2 ลูกกลิ้ง (two-roll mill)
เครื่องผสมยางแบบ 2 ลูกกลิ้งเป็นเครื่องผสมระบบเปิด ประกอบด้วยลูกกลิ้ง 2
ลูก เรียงตัวในแนวนอนขนานกัน หมุนเข้าหากันด้วยความเร็วต่างกัน
ทำให้เกิดแรงเฉือนที่จำเป็นต่อการบดผสมยางกับสารเคมียาง
ในการผสมยางกับสารเคมียางจะใส่ยางลงช่องระหว่างลูกกลิ้ง ยางจะถูกรีดออกมาเป็นแผ่นรอบลูกกลิ้งด้านหน้า
จากนั้นจึงเติมสารเคมียาง
โดยผู้ผสมต้องทำการกรีดยางแผ่นและพับไปมาในขณะที่เติมสารเคมีลงไปในยาง
ซึ่งยางที่ถูกตัดพับจะถูกใส่กลับไปยังช่องระหว่างลูกกลิ้ง
แรงเฉือนที่เกิดขึ้นจะช่วยให้สารเคมีต่างๆ กระจายตัวเข้ากับเนื้อยางได้ดี
เครื่องผสมยางแบบสองลูกกลิ้งใช้ผสมยางในปริมาณไม่มาก
เนื่องจากต้องใช้ความชำนาญและกำลังคนในการผสม
รูปที่ 1
เครื่องผสมยางแบบสองลูกกลิ้ง (two-roll mill) [4]
เครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี (Banbury internal
mixer)
โดยทั่วไปเครื่องผสมระบบปิดมีองค์ประกอบที่สำคัญ 4 ส่วนได้แก่
ห้องผสม (chamber)
ตัวบดผสมหรือโรเตอร์ (rotor) แท่งกดหรือแรม (ram)
และระบบหล่อเย็น (cooling system) เครื่องผสมระบบปิดให้ประสิทธิภาพและความรวดเร็วในการผสมมากกว่าการใช้เครื่องผสมยางแบบสองลูกกลิ้งเพราะสารเคมีไม่ฟุ้งกระจายระหว่างการผสม
ลดการสูญเสียสารเคมีขณะผสม และลดการผิดพลาดเนื่องจากการใช้แรงงานคนในการผสม สามารถผสมยางกับสารเคมีได้ในปริมาณสูง
เช่น 50-100 กิโลกรัม
โรเตอร์ทั้งสองของเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรีจะเป็นแบบไม่คาบเกี่ยวกัน
หรือที่เรียกว่า “non-interlocking หรือ non-intermeshing”
หมุนด้วยอัตราเร็วที่แตกต่างกันขึ้นกับรุ่นของเครื่อง
การทำงานของเครื่องผสมเพื่อให้เกิดการผสมคลุกเคล้าของยางกับสารเคมีส่วนใหญ่จะมาจากแรงเฉือนที่เกิดขึ้นระหว่างปีกของ โรเตอร์กับผนังของห้องผสม
ยางและสารเคมีจะถูกบีบนวดผสมกันในสภาวะที่ควบคุมอุณหภูมิของห้องผสมอย่างเหมาะสม
ทำให้สารเคมีต่างๆ กระจายตัวในยางได้ดีขึ้น
รูปที่ 2
เครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี (Banbury
internal mixer) [5]
เครื่องผสมระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์ (Intermix internal
mixer)
เครื่องผสมระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์มีองค์ประกอบสำคัญเหมือนกับเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี
แต่ โรเตอร์ทั้งสองของเครื่องผสมแบบนี้จะเป็นแบบคาบเกี่ยวกัน
หรือที่เรียกว่า “intermeshing”
หมุนด้วยอัตราเร็วที่เท่ากัน แรงเฉือนจะเกิดขึ้นที่บริเวณช่องว่างระหว่างปีกของโรเตอร์
ยางและสารเคมีจะถูกบีบนวดผสมคลุกเคล้าให้เป็นเนื้อเดียวกันในสภาวะที่ควบคุมอุณหภูมิของห้องผสมและโรเตอร์ได้ดีกว่าเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี
จึงมีประสิทธิภาพการผสมที่สูงมาก สารตัวเติมสามารถแตกตัวและกระจายตัวในยางได้ดี
แต่อย่างไรก็ตามโรเตอร์แบบ “intermeshing” นี้มีขนาดค่อนข้างใหญ่
ทำให้ยางคอมพาวด์ที่ได้จากการผสมในแต่ละครั้งมีปริมาณค่อนข้างน้อย
จึงไม่ค่อยเป็นที่นิยม
รูปที่ 3
เครื่องผสมยางระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์ (Intermix internal mixer) [6]
เครื่องผสมระบบปิดแบบที่ปรับระยะห่างระหว่างโรเตอร์ได้ (variable
intermeshing clearance internal mixer)
เครื่องผสมแบบนี้มีโรเตอร์เหมือนเครื่องผสมระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์
แต่ผู้ผสมสามารถปรับเปลี่ยนระยะห่างระหว่างโรเตอร์ทั้งสองระหว่างการผสมได้ เช่น
ในช่วงแรกของการผสมตั้งระยะห่างระหว่างโรเตอร์ไว้ให้มาก
จะทำให้ป้อนยางและสารเคมีเข้าไปในเครื่องได้ง่าย จากนั้นปรับลดระยะห่างระหว่างโรเตอร์เพื่อให้มีแรงเฉือนสูงขึ้น
จะทำให้สารตัวเติมแตกตัวได้ดีขึ้น
รูปที่ 4
เครื่องผสมยางระบบปิดแบบที่ปรับระยะห่างระหว่างโรเตอร์ได้
(variable
intermeshing clearance internal mixer) [7]
เครื่องนวดยางหรือนีดเดอร์ (kneader)
เครื่องนวดยางหรือนีดเดอร์เป็นเครื่องผสมระบบปิดชนิดอื่นๆ
ที่มีการจำหน่ายในเชิงการค้าและมีการผลิตในประเทศแถบเอเชีย แม้ว่าเครื่องนวดยางจะมีหลักการทำงานคล้ายกับเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี
แต่รูปแบบของโรเตอร์แตกต่างจากโรเตอร์ของเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรีมาก ทำให้ประสิทธิภาพในการผสมต่ำกว่าเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรีมาก
อย่างไรก็ตามเครื่องนวดยางมีราคาต่ำกว่าเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรีมาก
จึงเป็นที่นิยมสำหรับผู้ประกอบการไทยปัจจุบัน
รูปที่ 5
เครื่องนวดยางหรือนีดเดอร์ (kneader) [8]
เครื่องผสมยางแบบต่อเนื่อง (continuous mixer)
เครื่องผสมยางแบบต่อเนื่อง (continuous mixer) ได้แก่ เครื่องผสมแบบเกลียวหนอนเดี่ยว (single screw) เครื่องผสมแบบเกลียวหนอนคู่ (twin screw) ตัวเครื่องสามารถแบ่งออกได้เป็น
3 บริเวณใหญ่ๆ ได้แก่
1.
บริเวณที่ป้อนสาร (feed zone) ซึ่งจะประกอบด้วยถังป้อนสารที่มีลักษณะคล้ายกรวย (hopper)
2.
บริเวณที่เกิดการผสม (mixing zone) คล้ายห้องผสมในเครื่องผสมระบบปิด
3.
บริเวณที่ปล่อยยางออกจากเครื่อง (discharge zone)
ปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อปริมาณ
คุณภาพของผลิตภัณฑ์ เช่น อัตรากำลังการผลิตซึ่งขึ้นอยู่โดยตรงกับอัตราการป้อนวัตถุดิบเข้าไปในเครื่อง
การเพิ่มอัตราการป้อนวัตถุดิบจะทำให้ระยะเวลาที่ยางคอมพาวด์อยู่ในเครื่องผสมสั้นลง
ทำให้ประสิทธิภาพในการผสมลดลง
ยางคอมพาวด์ที่ได้จะมีระดับการกระจายตัวและการแตกตัวของสารตัวเติมที่ด้อยลง
ส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์
รูปที่ 6
เครื่องผสมยางแบบต่อเนื่อง (continuous mixer) [9]